12-Le memorie del computer

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Un computer ha bisogno di memorie di vario tipo per funzionare. I primi personal computer, realizzati all’inizio degli anni ’80, erano in grado solo di scrivere testi e di effettuare calcoli. Per queste attività non erano richieste risorse particolari, bastava un piccolo quantitativo di memoria elettronica (RAM) e un floppy disk per il caricamento dei programmi o il salvataggio dei dati. Oggi la situazione è molto diversa, i computer si sono evoluti e sono in grado di visualizzare immagini complesse e ricche di colori, o persino dei filmati. Sono impiegati anche per ascoltare musica e per comporla. Tutto questo richiede grandi risorse di memoria, impensabili fino a pochi anni fa.

Una parte della memoria del PC è di tipo elettronico, ossia formata da circuiti integrati al silicio (chip). Questa parte della memoria serve a far funzionare i programmi e a consentirci di lavorare col computer e per questo è chiamata anche memoria di sistema. Per esempio, mentre scriviamo una relazione il nostro testo è conservato nella RAM. La RAM, però, è volatile.

Questo vuol dire che se non salvassimo il nostro lavoro da qualche altra parte perderemmo tutto all’atto dello spegnimento del computer. Servono quindi anche memorie non volatili, in grado di conservare programmi e dati anche quando il computer è spento. C’è da scegliere: hard disk, floppy disk, compact disk e altro ancora. Vediamo una veloce rassegna delle memorie usate nei PC, partendo proprio da quelle al silicio. 

Memoria RAM
RAM sta per Random Access Memory, memoria ad accesso casuale. Il termine casuale in questo caso vuol dire semplicemente che ciascun dato può essere scritto o letto in modo indipendente dagli altri. Si tratta di una memoria molto veloce sia nel caricare i dati che nel restituirli. Le memorie RAM moderne hanno tempi di accesso di circa 7 nanosecondi (miliardesimi di secondo). Ogni byte di informazione è memorizzato in un posto specifico, chiamato indirizzo. Una RAM assomiglia ad una gigantesca battaglia navale, dove milioni di caselle sono identificate ciascuna da un indirizzo di riga e uno di colonna.

I primi computer erano dotati di 64 KB di memoria RAM. Oggi è raro che un PC sia messo in vendita con meno di 2 GB di RAM, lo standard è ormai 4 GB.

Le memorie RAM da installare sui computer (dette memorie di sistema) sono vendute già montate su schede (circuiti) apposite, che prendono il nome di moduli di memoria.

Fino ad oggi questi moduli sono stati prodotti in due versioni, SIMM e DIMM. 

1. I moduli SIMM (Single In-Line-Memory Module) sono stati utilizzati a partire dalle motherboard per processore 80386, originariamente a 30 contatti. Successivamente sono stati costruiti anche in moduli a 72 contatti, ovviamente più lunghi. I moduli a 72 contatti sono stati impiegati negli ultimi sistemi con processore 80486 e sui primi Pentium. Devono essere sempre montati in numero pari (a coppie). Attualmente i moduli SIMM non sono più prodotti.
2. I moduli DIMM (Dual In-Line Memory Module) sono stati utilizzati per la prima volta sulle motherboard Pentium. Possono essere installati anche in numero dispari e possono convivere due moduli di capacità (in Mbyte) differente. Per esempio, è possibile installare un modulo da 32 MB ed uno da 64 MB per ottenere una capacità totale pari a 96 MB. Questo non era possibile con le vecchie memorie SIMM.

Un pezzo da antiquariato, un modulo SIMM a 30 contatti.
I moduli di memoria SIMM devono essere sempre montati in coppia sulla scheda madre.

La RAM per i personal computer è installata su appositi moduli di memoria che ne rendono agevole il montaggio e la sostituzione.
I moduli DIMM, diversamente dai SIMM, possono essere montati singolarmente.

La memoria montata sugli attuali moduli DIMM è di tipo SDRAM (Syncronous Dynamic Random Access Memory), molto veloce e affidabile. Nelle ultime settimane del 2014 per il mondo delle RAM è iniziata una nuova era: alcuni produttori hanno iniziato a distribuire i primo modelli di DDR4 SDRAM (acronimo di “Double Data Rate fourth generation Synchronous Dynamic Random-Access Memory”) a oltre sette anni dal lancio delle memorie DDR3.ne esistono due versioni, una a 100 MHz Ultima evoluzione tecnologica delle memorie di lavoro ad accesso casuale, le RAM DDR4 sono in grado di far segnare prestazioni migliori garantendo una maggiore efficienza energetica

Un modulo di RAM DDR4 ha una frequenza di trasferimento di almeno 2133 mtps (acronimo di million transfer per second, milioni di trasferimenti al secondo), una frequenza operativa del bus di input e output di 1066 MHz (dal momento che le RAM DDR danno la possibilità di compiere trasferimenti simultaneamente su due canali, il valore della frequenza di lavoro equivale alla metà del valore dei trasferimenti possibili nell’unità di tempo, quindi 1066 in luogo di 2133 MHz), richiedendo 1,2 volt di corrente per funzionare (contro i circa 1,5 V della generazione precedente). Le memorie DDR4, inoltre, hanno 288 pin e una maggiore densità di chip (che si traduce in banchi di RAM più capienti, anche sino a 128 gigabyte). 

Memoria cache
La memoria cache (leggi chèsc) è un particolare tipo di memoria RAM, molto veloce, che permette di velocizzare il trasferimento dei dati dalla memoria RAM di sistema al microprocessore.

Abbiamo due tipi di cache.

Una, detta di 1° livello o L1 è integrata nel processore in un quantitativo variabile e può essere divisa in una parte per i dati e una per le istruzioni, oppure può essere unica. Naturalmente all’aumentare della cache L1 segue un aumento delle prestazioni.

Esiste poi una cache di secondo livello o L2, che può essere realizzata in modi diversi. Nei sistemi con processore AMD fino al modello K3 è sulla scheda madre. Nei Pentium II e III è all’interno del contenitore in cui è posto anche il processore. I processori attuali dispongono ormai di 8 MB di cache di secondo livello. 

Memorie flash
Sono un particolare tipo di RAM, che ha la caratteristica di essere non volatile. In pratica, si tratta di una RAM che conserva le informazioni anche in assenza di alimentazione. Le memorie flash sono usate nelle macchine fotografiche digitali, nei lettori MP3, nelle consolle per video giochi e nei telefoni cellulari. 

Memoria ROM
I computer dispongono di una certa quantità di memoria di sola lettura (ROM = Read Only Memory). La ROM come struttura è analoga alla RAM, ma non consente la riscrittura dei dati. Inoltre non perde le informazioni contenute neanche in assenza di alimentazione. Per questo motivo la ROM viene usata per conservare tutto ciò che non deve essere perso mentre il computer è spento. Per esempio, tutta la procedura che si mette in moto quando accendiamo il computer (controllo della memoria, controllo del collegamento dei dispositivi, ricerca del sistema operativo su disco eccetera) è conservata in un chip ROM (ROM BIOS, dove BIOS sta per Basic Input Output System). Questa procedura è detta POST (Power On Self Test, auto diagnosi all’accensione).

Anche le cartridge dei videogame sono costituite da memoria ROM, nella quale è memorizzato il programma di gioco. I chip sono montati su una scheda che poi viene racchiusa nel contenitore di plastica.

In alternativa alla ROM si può usare una EPROM, (Erasable Programmable ROM) che è una ROM riscrivibile un numero limitato di volte (circa 30). La EPROM si programma mediante un apposito dispositivo (programmatore di EPROM) e, quando è necessario, si cancella mediante esposizione ai raggi ultra-violetti prodotti da un cancellatore di EPROM. Sul chip è presente una apposita finestra che deve essere sempre tenuta coperta per evitare cancellazioni involontarie dovute alla luce del giorno, che contiene sempre una certa percentuale di ultravioletti.

Nei computer è installata una certa quantità di memoria di sola lettura (ROM)
dove viene conservata la procedura per l’avviamento del sistema.

Le EPROM sono memorie non volatili, programmabili dall’utente e cancellabili
mediante esposizione ai raggi ultravioletti, grazie alla presenza di una finestra nel contenitore dell’integrato.

Memorie EEPROM
Sono memorie non volatili riscrivibili elettricamente e che possono essere riprogrammate via software. Nei computer sono usate per conservare il setup, vale a dire l’insieme delle informazioni che vengono lette al momento dell’accensione del PC: la data e l’ora, la presenza e il tipo di hard disk e di floppy disk, quanta memoria è presente eccetera. Trattandosi di dati soggetti a variazioni, non possono trovarsi su ROM. Questa è una memoria di sola lettura e pertanto non è riscrivibile con eventuali informazioni aggiornate, per esempio, su un nuovo hard disk.

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